JP2008112724A - Catalyst for positive electrode and lithium air secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for a positive electrode for a lithium air secondary battery and a lithium air secondary battery enabling charging at low voltage when charging and enabling discharging at high voltage when discharging. <P>SOLUTION: The catalyst for the positive electrode used in the positive electrode 2 of the lithium air secondary battery 1 is provided with nonaqueous electrolyte as electrolyte solution as well as a negative electrode 3 composed of metal Li. This catalyst for the positive electrode contains metal oxide with a function to absorb and discharge oxygen. The lithium air secondary battery 1 also contains the catalyst for the positive electrode in the positive electrode 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池用の正極用触媒及び該正極用触媒を用いたリチウム空気二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode catalyst for a lithium air secondary battery having a nonaqueous electrolytic solution as an electrolytic solution and having a negative electrode made of metal Li, and a lithium air secondary battery using the positive electrode catalyst.

空気電池は、空気中の酸素を活物質として用いた正極を有する電池である。空気電池は、正極において、酸素の酸化還元を行うことにより電池の充放電を行うことができる。
具体的な空気電池としては、正極に酸素の酸化還元を行うことができる例えば多孔性の炭素材料を含有し、金属からなる負極を有する電池が提案されている(特許文献1参照)。かかる空気電池においては、酸素の酸化還元を促進するために、水溶液電解液を含有する空気電池の正極にペロブスカイト型化合物を触媒として用いることが提案されている(特許文献1参照)。また、La1-xCaxCoO3(0.05≦x≦0.9)を触媒として用いることも提案されている(特許文献2参照)。
An air battery is a battery having a positive electrode using oxygen in the air as an active material. The air battery can charge and discharge the battery by oxidizing and reducing oxygen at the positive electrode.
As a specific air battery, a battery having a negative electrode made of metal and containing, for example, a porous carbon material capable of oxidizing and reducing oxygen on the positive electrode has been proposed (see Patent Document 1). In such an air battery, it has been proposed to use a perovskite type compound as a catalyst for the positive electrode of an air battery containing an aqueous electrolyte solution in order to promote oxidation and reduction of oxygen (see Patent Document 1). It has also been proposed to use La 1-x Ca x CoO 3 (0.05 ≦ x ≦ 0.9) as a catalyst (see Patent Document 2).

しかし、これら従来の空気電池は、水溶液電解液を用いた電池であった。このような水溶液電解液を用いた空気二次電池においては、放電後に生成する金属水酸化物を充電時に再び金属に戻すことが非常に困難であった。特に負極にリチウム等のアルカリやアルカリ土類金属を用いた場合には、これらが水溶液電解液と反応して負極が失活してしまうおそれがあった。そのため、空気電池は、実際にはZnやAl等の金属を負極に用いた一次電池としての利用にとどまっていた。   However, these conventional air batteries are batteries using an aqueous electrolyte solution. In an air secondary battery using such an aqueous electrolyte, it is very difficult to return the metal hydroxide generated after discharge to metal again during charging. In particular, when an alkali such as lithium or an alkaline earth metal is used for the negative electrode, these may react with the aqueous electrolyte and the negative electrode may be deactivated. Therefore, the air battery has actually only been used as a primary battery using a metal such as Zn or Al for the negative electrode.

一方、非水溶媒を用いた空気二次電池も提案されている。具体的には、正極に触媒としてコバルトを含有し、負極に金属リチウムを含有するリチウム空気二次電池が提案されている(非特許文献1参照)。
また、空気二次電池としては、例えばリチウム過酸化物、並びにリチウム酸化物を正極に含み、電解質として、固体電解質層を有する空気リチウム二次電池も提案されている(特許文献3参照)。
On the other hand, an air secondary battery using a non-aqueous solvent has also been proposed. Specifically, a lithium-air secondary battery that contains cobalt as a catalyst in the positive electrode and metal lithium in the negative electrode has been proposed (see Non-Patent Document 1).
Further, as an air secondary battery, for example, an air lithium secondary battery that includes lithium peroxide and lithium oxide in a positive electrode and has a solid electrolyte layer as an electrolyte has been proposed (see Patent Document 3).

しかしながら、有機溶媒等の非水溶媒は、その多くが例えば4.3〜4.6V以上の電位をかけると分解してしまうおそれがある。そのため、安定した充電特性を得るためには、充電時の過電圧の低下が要求されている。また、同時に過電圧の低下によって放電電圧を上昇させることが要求されている。従来のリチウム空気二次電池においては、充電時の過電圧の低下が不十分であり、また放電時の電圧も不十分であった。
また、固体電解質層を用いた従来の空気二次電池においても、過電圧の低下という問題は避けられない。よって、放電電圧が不十分になり、充電時に電圧が急激に上昇するおそれがあった。
However, many non-aqueous solvents such as organic solvents may be decomposed when a potential of 4.3 to 4.6 V or more is applied. Therefore, in order to obtain stable charge characteristics, a reduction in overvoltage during charging is required. At the same time, it is required to increase the discharge voltage by reducing the overvoltage. In the conventional lithium-air secondary battery, the decrease in overvoltage during charging is insufficient, and the voltage during discharging is also insufficient.
In addition, in the conventional air secondary battery using a solid electrolyte layer, the problem of a decrease in overvoltage is unavoidable. Therefore, the discharge voltage becomes insufficient, and there is a possibility that the voltage rapidly increases during charging.

特開2005−190833号公報JP-A-2005-190833 特開平2−257577号公報JP-A-2-257777 特開2005−166685号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-166585 ケイ・エム・アブラハム(K. M. Abraham)、ズィ・ジャン(Z. Jiang)、「エレクトロケミカル・サイエンス・アンド・テクノロジ−(ELECTROCHEMICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY)」、ジャーナル オブ ジ エレクトロケミカル ソサイアティ(Journal of The Electrochemical Society)、(米国)、1996年1月発行、143巻(Vol.143)、1号(No.1)p.1−5KM Abraham, Z. Jiang, "ELECTROCHEMICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY", Journal of the Electrochemical Society (USA), published in January 1996, Volume 143 (Vol. 143), No. 1 (No. 1) p. 1-5

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、充電時に低電圧での充電を可能にすると共に、放電時には高電圧での放電を可能にするリチウム空気二次電池用の正極用触媒及びリチウム空気二次電池を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and enables positive charge for a lithium-air secondary battery that can be charged at a low voltage during charging and can be discharged at a high voltage during discharge. The present invention intends to provide a catalyst for use and a lithium-air secondary battery.

第1の発明は、電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池の正極に用いられる正極用触媒であって、
該正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有することを特徴とする正極用触媒にある(請求項1)。
1st invention is a catalyst for positive electrodes used for the positive electrode of the lithium air secondary battery which has a nonaqueous electrolyte solution as electrolyte solution, and has a negative electrode which consists of metal Li,
The positive electrode catalyst is a positive electrode catalyst characterized in that it contains a metal oxide having an oxygen absorption / release capacity.

第2の発明は、電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池の正極に用いられる正極用触媒であって、
該正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有し、
該金属酸化物としては、少なくともMnO2を含有することを特徴とする正極用触媒にある(請求項6)。
The second invention is a positive electrode catalyst used for a positive electrode of a lithium-air secondary battery having a nonaqueous electrolytic solution as an electrolytic solution and having a negative electrode made of metal Li,
The positive electrode catalyst contains a metal oxide having an oxygen absorption / release capability,
The metal oxide is a positive electrode catalyst characterized by containing at least MnO 2 (Claim 6).

第3の発明は、電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池の正極に用いられる正極用触媒であって、
該正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有し、
該金属酸化物としては、ABO3で表されるペロブスカイト型複合酸化物を含有し、該ペロブスカイト型複合酸化物は、Aサイト元素としてLa、Sr、及びCaから選ばれる少なくとも2種を含有し、Bサイト元素としてMn、Fe、Cr、及びCoから選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする正極用触媒にある(請求項7)。
A third invention is a positive electrode catalyst used for a positive electrode of a lithium air secondary battery having a nonaqueous electrolytic solution as an electrolytic solution and a negative electrode made of metal Li,
The positive electrode catalyst contains a metal oxide having an oxygen absorption / release capability,
The metal oxide contains a perovskite complex oxide represented by ABO 3 , and the perovskite complex oxide contains at least two selected from La, Sr, and Ca as an A site element, A positive electrode catalyst comprising at least one selected from Mn, Fe, Cr, and Co as a B-site element (Claim 7).

第1の発明の正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物として、少なくともCeO2を含有する。
また、第2の発明の正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物として、少なくともMnO2を含有する。
また、第3の発明の正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物として、ABO3で表されるペロブスカイト型複合酸化物を含有し、該ペロブスカイト型複合酸化物は、Aサイト元素としてLa、Sr、及びCaから選ばれる少なくとも2種を含有し、Bサイト元素としてMn、Fe、Cr、及びCoから選ばれる少なくとも1種を含有する。
そのため、上記第1〜第3の発明の正極活物質を上記リチウム空気二次電池の正極に用いた場合に、上記正極用触媒は、酸素の酸化還元を促進することができる。それ故、リチウム空気二次電池の過電圧を小さくすることができる。その結果、上記リチウム空気二次電池を、より高電圧で放電させることができると共に、低電圧で充電することができる。
The positive electrode catalyst of the first invention contains at least CeO 2 as a metal oxide having oxygen absorption / release capability.
Further, the positive electrode catalyst of the second invention contains at least MnO 2 as a metal oxide having oxygen absorption / release capability.
The positive electrode catalyst of the third invention contains a perovskite complex oxide represented by ABO 3 as a metal oxide having oxygen absorption / release ability, and the perovskite complex oxide comprises an A site element. At least two selected from La, Sr, and Ca, and at least one selected from Mn, Fe, Cr, and Co as the B site element.
Therefore, when the positive electrode active material of the first to third inventions is used for the positive electrode of the lithium air secondary battery, the positive electrode catalyst can promote oxygen redox. Therefore, the overvoltage of the lithium air secondary battery can be reduced. As a result, the lithium air secondary battery can be discharged at a higher voltage and charged at a lower voltage.

即ち、リチウム空気二次電池は、負極ではLi金属を、正極では空気中の酸素を活物質に用いた電池である。放電時には、正極で酸素が還元され、この還元された酸素と負極からのLiイオンとが反応してLi酸化物を生成する。このとき、酸素の還元に費やされるエネルギーによる過電圧相当分が理論上の放電電圧から差し引かれるため、実際の放電電圧は理論上の放電電圧よりも低くなる。本発明の正極用触媒は、過電圧を小さくすることができるため、上記のごとく放電電圧を向上させることができる。   That is, the lithium-air secondary battery is a battery using Li metal for the negative electrode and oxygen in the air for the positive electrode as the active material. At the time of discharge, oxygen is reduced at the positive electrode, and the reduced oxygen reacts with Li ions from the negative electrode to generate Li oxide. At this time, since the amount corresponding to the overvoltage due to the energy spent for the reduction of oxygen is subtracted from the theoretical discharge voltage, the actual discharge voltage is lower than the theoretical discharge voltage. Since the positive electrode catalyst of the present invention can reduce the overvoltage, the discharge voltage can be improved as described above.

一方、充電時には、Li酸化物が還元され酸素を発生する。このとき、上記正極用触媒は、酸素の発生を促進することができる。そのため、過電圧を小さくすることができ、低電圧での充電が可能になる。また、上記正極用触媒は、非水電解液が分解する電位(例えば約4.5V前後)よりも充分に低い電圧での充電を可能にする。そのため、上記正極用触媒を用いることにより、非水電解液を有するリチウム空気二次電池を実現することができる。   On the other hand, during charging, the Li oxide is reduced to generate oxygen. At this time, the positive electrode catalyst can promote the generation of oxygen. Therefore, the overvoltage can be reduced, and charging at a low voltage is possible. The positive electrode catalyst enables charging at a voltage sufficiently lower than the potential at which the nonaqueous electrolyte decomposes (for example, about 4.5 V). Therefore, a lithium air secondary battery having a non-aqueous electrolyte can be realized by using the positive electrode catalyst.

上記正極用触媒が、上述のごとく充放電を促進する理由について説明する。
即ち、リチウム空気二次電池においては、放電時には、酸素の還元が起こり、充電時には酸素の放出が起こる。そのため、電池内において、放電時には酸素が供給され、充電時には酸素が回収されることが要求される。上記正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する。そのため、放電時における酸素の供給及び充電時における酸素の回収を促進することができる。
したがって、上記正極用触媒は、リチウム空気二次電池において、充電時には低電圧での充電を可能にし、放電時には高電圧での放電を可能にする。
The reason why the positive electrode catalyst promotes charging and discharging as described above will be described.
That is, in a lithium air secondary battery, oxygen reduction occurs during discharging, and oxygen release occurs during charging. Therefore, in the battery, it is required that oxygen is supplied during discharging and that oxygen is recovered during charging. The positive electrode catalyst has the ability to absorb and release oxygen. Therefore, supply of oxygen at the time of discharging and recovery of oxygen at the time of charging can be promoted.
Therefore, in the lithium air secondary battery, the positive electrode catalyst enables charging at a low voltage during charging, and enables discharging at a high voltage during discharging.

第4の発明は、電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池において、
該リチウム空気二次電池は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の正極用触媒を正極に含有することを特徴とするリチウム空気二次電池にある(請求項10)。
The fourth invention is a lithium air secondary battery having a non-aqueous electrolyte as an electrolyte and a negative electrode made of metal Li.
The lithium air secondary battery is a lithium air secondary battery characterized in that the positive electrode catalyst according to any one of claims 1 to 9 is contained in a positive electrode (claim 10).

上記第4の発明のリチウム空気二次電池において最も注目すべき点は、上記第1〜第3の発明の正極用触媒を正極に含有している点にある。
そのため、上記リチウム空気二次電池においては、上記正極用触媒が充放電反応を促進することができる。それ故、上記リチウム空気二次電池は、充電時には低電圧で充電を行うことができると共に、放電時には高電圧で放電を行うことができる。
The most notable point in the lithium air secondary battery of the fourth invention is that the positive electrode catalyst of the first to third inventions is contained in the positive electrode.
Therefore, in the lithium air secondary battery, the positive electrode catalyst can promote the charge / discharge reaction. Therefore, the lithium air secondary battery can be charged at a low voltage during charging, and can be discharged at a high voltage during discharging.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記第1〜第3の発明において、上記正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物として、少なくともCeO2、MnO2、又はABO3で表されるペロブスカイト型複合酸化物(但し、Aサイト元素:La、Sr、及びCaから選ばれる少なくとも2種、Bサイト元素:Mn、Fe、Cr、及びCoから選ばれる少なくとも1種)を含有する。
上述の各種金属元素の酸化物は、金属元素の価数を変化させることにより酸素の吸放出を行うことができる。例えば4価の金属元素Mの酸化物の場合、2MO2→M23+1/2O2及びM23+1/2O2→2MO2という吸放出反応が進行し、触媒活性点での雰囲気に応じて酸化物が変化することにより、反応が促進されると考えられる。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
In the first to third inventions, the positive electrode catalyst is a perovskite complex oxide represented by at least CeO 2 , MnO 2 , or ABO 3 as a metal oxide having oxygen absorbing / releasing ability (however, A site element: at least two selected from La, Sr and Ca, and B site element: at least one selected from Mn, Fe, Cr and Co).
The oxides of various metal elements described above can absorb and release oxygen by changing the valence of the metal element. For example, in the case of an oxide of a tetravalent metal element M, the absorption / release reaction of 2MO 2 → M 2 O 3 + 1 / 2O 2 and M 2 O 3 + 1 / 2O 2 → 2MO 2 proceeds, and the atmosphere at the catalyst active point It is considered that the reaction is promoted by changing the oxide according to the above.

また、上記第1の発明において、上記正極用触媒は、CeO2の固溶体を含有することが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記正極用触媒の酸素の吸放出能をより向上させることができる。
上記固溶体としては、CeO2と、Zr、Y、Nd等の酸化物との組み合わせを採用することができる。
In the first invention, the positive electrode catalyst preferably contains a solid solution of CeO 2 (Claim 2).
In this case, the ability to absorb and release oxygen of the positive electrode catalyst can be further improved.
As the solid solution, a combination of CeO 2 and an oxide such as Zr, Y, or Nd can be employed.

好ましくは、上記正極用触媒は、CeO2とZrO2との固溶体を含有することがよい(請求項3)。
この場合には、上記正極用触媒の酸素の吸放出能をより一層向上させることができる。
Preferably, the positive electrode catalyst preferably contains a solid solution of CeO 2 and ZrO 2 (Claim 3).
In this case, the ability to absorb and release oxygen of the positive electrode catalyst can be further improved.

また、上記正極用触媒は、CeO2とAl23との複合材料を含有することが好ましい(請求項4)。
この場合にも、上記正極用触媒の酸素の吸放出能をより一層向上させることができる。
Further, the catalyst for the positive electrode preferably contains a composite of CeO 2 and Al 2 O 3 (claim 4).
Also in this case, the ability of the positive electrode catalyst to absorb and release oxygen can be further improved.

上記複合材料は、セリウム塩とアルミニウム塩とを水に溶解してなる水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウム及び水酸化アルミニウムを含有する沈殿物を生じさせ、該沈殿物を焼成してなることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記正極用触媒の酸素の吸放出能をさらにより一層向上させることができる。
The composite material may be obtained by adding an alkali to an aqueous solution obtained by dissolving a cerium salt and an aluminum salt in water to form a precipitate containing cerium hydroxide and aluminum hydroxide, and firing the precipitate. Preferred (claim 5).
In this case, the ability to absorb and release oxygen of the positive electrode catalyst can be further improved.

上記セリウム塩、及び上記アルミニウム塩としては、それぞれセリウム及びアルミニウムの硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩、酢酸塩等を用いることができる。アルカリとしては、アンモニア、炭酸アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等を用いることができる。   As said cerium salt and said aluminum salt, nitrate, sulfate, hydrochloride, acetate, etc. of cerium and aluminum can be used, respectively. As the alkali, ammonia, ammonium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, or the like can be used.

また、上記沈殿物の焼成の前には、上記沈殿物を温度100℃〜200℃で熟成することが好ましい。この場合には、水酸化セリウム及び水酸化アルミニウムの生成を促進させ、上記沈殿物中の水酸化セリウム及び水酸化アルミニウムの含有量を増大させることができる。
熟成温度が100℃未満の場合には、水酸化セリウム及び水酸化アルミニウムの生成を充分に促進させることができなくなるおそれがある。一方200℃を越える場合には、水蒸気圧が高くなり、高圧に耐える装置が必要となり、製造コストが増大するおそれがある。より好ましくは、100℃〜150℃がよい。
Moreover, it is preferable to age | cure the said precipitate at the temperature of 100 to 200 degreeC before baking of the said precipitate. In this case, the production of cerium hydroxide and aluminum hydroxide can be promoted, and the content of cerium hydroxide and aluminum hydroxide in the precipitate can be increased.
When the aging temperature is less than 100 ° C., the production of cerium hydroxide and aluminum hydroxide may not be promoted sufficiently. On the other hand, when it exceeds 200 ° C., the water vapor pressure becomes high, and a device that can withstand high pressure is required, which may increase the production cost. More preferably, it is 100 ° C to 150 ° C.

また、上記沈殿物の焼成は、温度500℃〜900℃で行うことが好ましい。
温度500℃未満の場合には、CeO2とAl23との複合材料がアモルファス状態になり、触媒性能の安定性が悪くなるおそれがある。一方、900℃を越える場合には、上記複合材料の表面積が小さくなり、酸素の吸放出能の向上効果が小さくなるおそれがある。
また、上記沈殿物の焼成は、2段階以上の温度に分けて行うことができるが、最終的な焼成温度を上述の500℃〜900℃にすることができる。
Moreover, it is preferable to perform baking of the said precipitate at the temperature of 500 to 900 degreeC.
When the temperature is lower than 500 ° C., the composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 is in an amorphous state, which may deteriorate the stability of the catalyst performance. On the other hand, when it exceeds 900 ° C., the surface area of the composite material becomes small, and the effect of improving the ability to absorb and release oxygen may be reduced.
Moreover, although baking of the said precipitate can be performed by dividing into two or more steps temperature, the final baking temperature can be made into the above-mentioned 500 degreeC-900 degreeC.

また、上記第3の発明において、上記正極用触媒は、上記金属酸化物として、ABO3で表されるペロブスカイト型複合酸化物を含有し、該ペロブスカイト型複合酸化物は、Aサイト元素としてLa、Sr、及びCaから選ばれる少なくとも2種を含有し、Bサイト元素としてMn、Fe、Cr、及びCoから選ばれる少なくとも1種を含有する。
具体的には、例えばAサイト元素にLa及びCaを含有し、Bサイト元素にCoを含有するペロブスカイト型複合酸化物等を用いることができる。
In the third invention, the catalyst for a positive electrode contains a perovskite complex oxide represented by ABO 3 as the metal oxide, and the perovskite complex oxide contains La as an A site element, It contains at least two selected from Sr and Ca, and contains at least one selected from Mn, Fe, Cr, and Co as the B site element.
Specifically, for example, a perovskite type complex oxide containing La and Ca in the A site element and Co in the B site element can be used.

上記金属酸化物には、貴金属が担持されていることが好ましい(請求項8)。
この場合には、酸素分子の還元及び発生を大きく促進させることができる。
貴金属としては、具体的には、例えばPt、Rh、Pd、Ag、Ru等から選ばれる1種以上の金属を用いることができる。
It is preferable that a noble metal is supported on the metal oxide.
In this case, the reduction and generation of oxygen molecules can be greatly promoted.
Specifically, as the noble metal, for example, one or more metals selected from Pt, Rh, Pd, Ag, Ru and the like can be used.

上記正極用触媒は、平均電圧3.5V〜4.3Vで充電する上記リチウム空気二次電池に用いられることが好ましい(請求項9)。
この場合には、室温で比較的低い電圧で充電できるという上記正極用触媒の特徴を充分に生かすことができる。
The positive electrode catalyst is preferably used for the lithium-air secondary battery that is charged at an average voltage of 3.5 V to 4.3 V (Claim 9).
In this case, the characteristics of the positive electrode catalyst that can be charged at a relatively low voltage at room temperature can be fully utilized.

次に、上記リチウム空気二次電池は、電解液として非水電解液を含有する。
上記非水電解液は、例えば有機溶媒に電解質を溶解することにより作製することができる。
上記電解質としては、例えばリチウム塩を用いることができる。この場合には、リチウム塩は有機溶媒に溶解することによって解離し、リチウムイオンとなって電解液中に存在する。使用できるリチウム塩としては、例えばLiBF4、LiPF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22等が挙げられる。これらのリチウム塩は、それぞれ単独でもよく、又はこれらのうちから2種以上を併用することもできる。
Next, the lithium air secondary battery contains a non-aqueous electrolyte as an electrolyte.
The non-aqueous electrolyte can be prepared by, for example, dissolving an electrolyte in an organic solvent.
As the electrolyte, for example, a lithium salt can be used. In this case, the lithium salt is dissociated by dissolving in an organic solvent and becomes lithium ions and is present in the electrolytic solution. Examples of the lithium salt that can be used include LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more thereof.

リチウム塩を溶解させる有機溶媒としては、非プロトン性の有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等から選ばれる1種又は2種以上からなる混合溶媒を用いることができる。   As the organic solvent for dissolving the lithium salt, an aprotic organic solvent can be used. As such an organic solvent, for example, a mixed solvent composed of one or more selected from cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether, chain ether, and the like can be used.

ここで、上記環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等がある。上記鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等がある。上位環状エステルカーボネートとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。上記環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。上記鎖状エーテルとしては、例えばジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。上記有機溶媒としては、これらのもののうちいずれか1種を単独で用いることもできるし、2種以上を混合させて用いることもできる。   Here, examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate. Examples of the upper cyclic ester carbonate include gamma butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran. Examples of the chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. As the organic solvent, any one of these can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.

上記リチウム空気電池の上記正極は、上記正極用触媒と炭素材料と有機バインダーとを含有する正極材料を集電体に圧着してなることが好ましい(請求項11)。
この場合には、簡単に上記リチウム空気電池用の正極を作製することができる。
The positive electrode of the lithium-air battery is preferably formed by pressure-bonding a positive electrode material containing the positive electrode catalyst, a carbon material, and an organic binder to a current collector.
In this case, the positive electrode for the lithium-air battery can be easily produced.

上記炭素材料としては、表面積が大きい多孔質の炭素材料を用いることが好ましい。
この場合には、酸素との接触面積が大きくなり、上記リチウム空気電極の充放電容量を向上させることができる。具体的には、例えば、活性炭、黒鉛、カーボンブラック、コークス、及び炭素繊維等を用いることができる。
As the carbon material, it is preferable to use a porous carbon material having a large surface area.
In this case, the contact area with oxygen is increased, and the charge / discharge capacity of the lithium air electrode can be improved. Specifically, for example, activated carbon, graphite, carbon black, coke, and carbon fiber can be used.

また、上記有機バインダーとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、及び炭素繊維等を用いることができる。
上記集電体としては、例えばNiメッシュ、Auメッシュ、及びステンレスメッシュ等を用いることができる。
Moreover, as said organic binder, polytetrafluoroethylene, a polyvinylidene fluoride, carbon fiber etc. can be used, for example.
As the current collector, for example, a Ni mesh, an Au mesh, a stainless mesh, or the like can be used.

上記正極用触媒は、上記正極において、上記正極用触媒と上記炭素材料と上記有機バインダーとの合計量中の0.01〜50質量%を占めることが好ましい(請求項12)。
上記正極用触媒の占める割合が0.01質量%未満の場合には、触媒による本発明の効果が不十分になるおそれがある。一方、50質量%を越える場合には、正極の導電性が低下し、電池から取り出せる電流が不十分になるおそれがある。より好ましくは、2〜30質量%がよい。
The positive electrode catalyst preferably occupies 0.01 to 50% by mass in the total amount of the positive electrode catalyst, the carbon material, and the organic binder in the positive electrode (claim 12).
When the proportion of the positive electrode catalyst is less than 0.01% by mass, the effect of the present invention by the catalyst may be insufficient. On the other hand, when it exceeds 50 mass%, the electroconductivity of a positive electrode falls and there exists a possibility that the electric current which can be taken out from a battery becomes inadequate. More preferably, 2-30 mass% is good.

また、上記負極としては、金属リチウムを用いることができる。上記負極としては、金属リチウムを例えば板状等の所望の形状に成形して用いることができる。   As the negative electrode, metallic lithium can be used. As said negative electrode, metallic lithium can be shape | molded and used for desired shapes, such as plate shape, for example.

上記リチウム空気二次電池の詳細な構成は、現段階で知られている空気電池の様々な構成を採用することできる。
具体的には、上記リチウム空気二次電池は、上記正極と上記負極との間に、これらを分離するセパレータと上記非水電解液とを有し、上記正極は、上記セパレータと反対側に空気との接触部を有していることが好ましい(請求項13)。
この場合には、本発明の効果を示すリチウム空気二次電池を簡単に構成することができる。
上記正極用触媒中に含まれる上記金属酸化物は、空気との上記接触部において酸化還元反応により酸素の吸収及び放出を行うことができる(請求項14)。
As the detailed configuration of the lithium air secondary battery, various configurations of air batteries known at the present stage can be adopted.
Specifically, the lithium-air secondary battery includes a separator that separates the positive electrode and the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte, and the positive electrode has air on the side opposite to the separator. It is preferable to have a contact part with (claim 13).
In this case, a lithium air secondary battery exhibiting the effects of the present invention can be easily configured.
The metal oxide contained in the positive electrode catalyst can absorb and release oxygen by an oxidation-reduction reaction at the contact portion with air (claim 14).

上記セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質のセパレータを用いることができる。
また、上記非水電解液は、上記セパレータに含浸させることができる。そして、この場合には、上記非水電解液を含浸させた上記セパレータを上記正極と上記負極との間に狭装させることができる。
As the separator, a porous separator made of polyethylene, polypropylene, or the like can be used.
Further, the non-aqueous electrolyte can be impregnated in the separator. In this case, the separator impregnated with the non-aqueous electrolyte can be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.

また、上記正極上の上記接触部側には酸素透過膜を配置することができる。
この場合には、上記リチウム空気二次電池の正極に酸素を供給しつつ、水分の進入を防止することができる。
上記酸素透過膜としては、空気中の酸素を透過させ、かつ水分の進入を防止できる撥水性の多孔質膜等を用いることができる。具体的には、例えば、ポリエステルやポリフェニレンサルファイド等からなる多孔質膜を用いることができる。
An oxygen permeable membrane can be disposed on the contact portion side on the positive electrode.
In this case, it is possible to prevent moisture from entering while supplying oxygen to the positive electrode of the lithium-air secondary battery.
As the oxygen permeable membrane, a water-repellent porous membrane that allows oxygen in the air to permeate and prevents moisture from entering can be used. Specifically, for example, a porous film made of polyester, polyphenylene sulfide, or the like can be used.

(実施例1)
次に、本発明の実施例につき、図1〜図5を用いて説明する。本例においは、リチウム空気二次電池用の正極用触媒を作製し、該正極用触媒を用いてリチウム空気二次電池を作製する。
(Example 1)
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, a positive electrode catalyst for a lithium air secondary battery is produced, and a lithium air secondary battery is produced using the positive electrode catalyst.

図2及び図3に示すごとく、本例の正極用触媒23は、電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極3を有するリチウム空気二次電池1の正極2に用いられる触媒である。正極用触媒23は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有する。本例の正極用触媒23は、金属酸化物としてCeO2−ZrO2固溶体を含有し、この固溶体には貴金属が担持されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the positive electrode catalyst 23 of this example has a non-aqueous electrolyte as an electrolyte and a catalyst used for the positive electrode 2 of the lithium air secondary battery 1 having the negative electrode 3 made of metal Li. It is. The positive electrode catalyst 23 contains a metal oxide having the ability to absorb and release oxygen. The positive electrode catalyst 23 of this example contains a CeO 2 —ZrO 2 solid solution as a metal oxide, and a noble metal is supported on the solid solution.

図1〜図3に示すごとく、本例のリチウム空気二次電池1は、電解液として非水電解液を有すると共に、酸素を酸化還元する正極2と金属Liよりなる負極3とを有する。正極2は、図3に示すごとく、正極用触媒23と炭素材料22と有機バインダー(図示略)とを含有する正極材料25を集電体21に圧着してなる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the lithium-air secondary battery 1 of the present example includes a nonaqueous electrolytic solution as an electrolytic solution, a positive electrode 2 that oxidizes and reduces oxygen, and a negative electrode 3 made of metal Li. As shown in FIG. 3, the positive electrode 2 is formed by pressure-bonding a positive electrode material 25 containing a positive electrode catalyst 23, a carbon material 22, and an organic binder (not shown) to a current collector 21.

図2に示すごとく、リチウム空気二次電池1において、正極2、負極3、及び電解液は電池ケース6内に配置されている。正極2と負極3との間には、これらを分離するセパレータ4が配置され、非水電解液は多孔質のセパレータ4に含浸されている。また、正極2は、セパレータ4と反対側に空気との接触部27を有している。接触部27側の正極2の表面には、酸素透過膜5が配置されている。
また、図1及び図2に示すごとく電池ケース6は、本体部61と蓋部62と絶縁部63とからなり、蓋部62には電池内に空気を導入するための貫通孔625が設けられている。この貫通孔625からリチウム空気二次電池1内に酸素が進入し、この酸素は酸素透過膜5を通過して、正極2に供給される。また、電池ケース6の本体部61と蓋部62とは、絶縁材料からなる絶縁部63を介してかしめ加工や溶着等により接合される。
As shown in FIG. 2, in the lithium air secondary battery 1, the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the electrolytic solution are disposed in the battery case 6. A separator 4 is disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3, and the non-aqueous electrolyte is impregnated in the porous separator 4. Further, the positive electrode 2 has a contact portion 27 with air on the side opposite to the separator 4. An oxygen permeable film 5 is disposed on the surface of the positive electrode 2 on the contact portion 27 side.
As shown in FIGS. 1 and 2, the battery case 6 includes a body portion 61, a lid portion 62, and an insulating portion 63. The lid portion 62 is provided with a through hole 625 for introducing air into the battery. ing. Oxygen enters the lithium air secondary battery 1 from the through hole 625, and this oxygen passes through the oxygen permeable membrane 5 and is supplied to the positive electrode 2. Further, the main body portion 61 and the lid portion 62 of the battery case 6 are joined by caulking, welding, or the like via an insulating portion 63 made of an insulating material.

次に、本例のリチウム空気二次電池の製造方法につき説明する。まず、以下のようにして正極用触媒を作製した。
即ち、まず水中で硝酸セリウムと硝酸ジルコニルとを混合し、混合水溶液を作製した。このとき、硝酸セリウムと硝酸ジルコニルとは、目的物であるCeO2−ZrO2固溶体におけるCeO2とZrO2との混合比が重量比で5:1となるように混合した。次いで、混合水溶液をビーカ内で撹拌しながら、混合水溶液にアンモニア水を滴下して中和し、沈殿物を生成させた。得られた沈殿物を大気中で温度400℃で5時間加熱することにより、共存する硝酸アンモニウムを蒸発及び分解させた。さらに大気中で温度600℃で5時間焼成することにより、CeO2−ZrO2固溶体粉末を得た。
Next, the manufacturing method of the lithium air secondary battery of this example will be described. First, a positive electrode catalyst was prepared as follows.
That is, first, cerium nitrate and zirconyl nitrate were mixed in water to prepare a mixed aqueous solution. At this time, cerium nitrate and zirconyl nitrate were mixed so that the mixing ratio of CeO 2 and ZrO 2 in the target CeO 2 —ZrO 2 solid solution was 5: 1. Next, while stirring the mixed aqueous solution in a beaker, aqueous ammonia was dropped into the mixed aqueous solution to neutralize it, thereby generating a precipitate. The resulting precipitate was heated in the atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 5 hours to evaporate and decompose the coexisting ammonium nitrate. Further, CeO 2 —ZrO 2 solid solution powder was obtained by firing at 600 ° C. for 5 hours in the air.

次に、ジニトロジアンミン白金硝酸を、これに含まれる白金量が5gとなるように150mlの水に溶解して水溶液を作製し、この水溶液中に、CeO2−ZrO2固溶体粉末90gを添加して混合した後、温度500℃で3時間加熱することにより、白金が担持されたCeO2−ZrO2固溶体からなる正極用触媒を得た。これを試料E1とする。 Next, dinitrodiammine platinum nitric acid is dissolved in 150 ml of water so that the amount of platinum contained therein is 5 g, and an aqueous solution is prepared. To this aqueous solution, 90 g of CeO 2 —ZrO 2 solid solution powder is added. After mixing, the mixture was heated at a temperature of 500 ° C. for 3 hours to obtain a positive electrode catalyst comprising a CeO 2 —ZrO 2 solid solution carrying platinum. This is designated as Sample E1.

次に、上記試料E1を用いて、図1及び図2に示すようなリチウム空気二次電池1を作製する。
具体的には、まず、以下のようにして正極2を作製した。
即ち、まず、14.6重量部の正極用触媒(試料E1)23と、83重量部の活性炭22とをエタノール中で混合して混合液を作製した。この混合液に、ポリテトラフルオロエチレン2.4重量部を混合することにより薄膜状の正極材料25を得た。次いで、5mgの活性炭22が含まれる量の正極材料25をNiからなる金属メッシュ(集電体)21に圧着し、真空乾燥させて板状の正極2を得た(図3参照)。
Next, a lithium air secondary battery 1 as shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured using the sample E1.
Specifically, first, the positive electrode 2 was produced as follows.
That is, first, 14.6 parts by weight of the positive electrode catalyst (sample E1) 23 and 83 parts by weight of activated carbon 22 were mixed in ethanol to prepare a mixed solution. A thin film positive electrode material 25 was obtained by mixing 2.4 parts by weight of polytetrafluoroethylene with this mixed solution. Next, a positive electrode material 25 in an amount containing 5 mg of activated carbon 22 was pressed against a metal mesh (current collector) 21 made of Ni and vacuum-dried to obtain a plate-like positive electrode 2 (see FIG. 3).

次に、図2に示すごとく、負極3として、板状のLi金属を準備した。また、非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)30重量部とジエチルカーボネート(DEC)70重量部とを混合した溶媒に電解質としてのLiPF6を1M溶解させることにより作製した。また、セパレータ4としては多孔性のポリエチレンシートを準備した。 Next, as shown in FIG. 2, a plate-like Li metal was prepared as the negative electrode 3. Further, the nonaqueous electrolytic solution was prepared by dissolving 1M LiPF 6 as an electrolyte in a solvent in which 30 parts by weight of ethylene carbonate (EC) and 70 parts by weight of diethyl carbonate (DEC) were mixed. As the separator 4, a porous polyethylene sheet was prepared.

次に、図2に示すごとく、上記のようにして作製した正極2と負極3とを、予め非水電解液を含浸させたセパレータ4により隔てる形で電池ケース6の本体部61内に配置した。このとき、図2及び図3に示すごとく、正極2は、正極材料25を塗布した側の面がセパレータ4側になるように電池ケース6内に配置した。続いて、正極2上のセパレータ4とは反対側の面である酸素との接触部27に酸素透過膜5を配置した。次いで、電池ケース6の本体部61の開口部分に、複数の貫通孔625が形成された蓋部62を配置し、蓋部62と本体部61とを接合させた。このようにして、図1及び図2に示すようなリチウム空気二次電池1を作製した。これを電池E1とする。なお、本例においては明確に示していないが、正極2及び負極3からは、電池ケース6外に電気的に導通する端子部(図示略)が設けられており、これらの端子部から電池の充電及び放電を行うことができる。   Next, as shown in FIG. 2, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 produced as described above are arranged in the main body 61 of the battery case 6 so as to be separated by a separator 4 previously impregnated with a nonaqueous electrolytic solution. . At this time, as shown in FIGS. 2 and 3, the positive electrode 2 was arranged in the battery case 6 so that the surface on which the positive electrode material 25 was applied was on the separator 4 side. Subsequently, the oxygen permeable membrane 5 was disposed on the contact portion 27 with oxygen which is the surface on the opposite side of the separator 4 on the positive electrode 2. Next, the lid portion 62 having a plurality of through holes 625 formed therein was disposed in the opening portion of the main body portion 61 of the battery case 6, and the lid portion 62 and the main body portion 61 were joined. Thus, the lithium air secondary battery 1 as shown in FIG.1 and FIG.2 was produced. This is referred to as a battery E1. Although not clearly shown in this example, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are provided with terminal portions (not shown) that are electrically connected to the outside of the battery case 6, and these terminal portions are connected to the battery. Charging and discharging can be performed.

また、本例においては、白金が担持されたCeO2−ZrO2固溶体からなる正極用触媒(試料E1)の代わりに、La0.6Ca0.4CoO3からなる正極用触媒(試料E2)を用いてリチウム空気二次電池(電池E2)を作製した。
具体的には、まず、水中で、硝酸カルシウム、硝酸ランタン、及び硝酸コバルトをモル比でLa:Ca:Co=3:2:5となる混合比で混合し、混合水溶液を作製した。次いで、この混合液中に、La、Ca、及びCoの総モル数と同量のクエン酸を含む溶液を添加して撹拌した。その後、減圧蒸留することにより乾燥させ、原料粉末を得た。この原料粉末を大気中で温度200℃で2時間仮焼し、さらに温度700℃で2時間本焼成することにより、La0.6Ca0.4CoO3からなる正極用触媒を得た。これを試料E2とする。
In this example, instead of the positive electrode catalyst (sample E1) made of CeO 2 —ZrO 2 solid solution carrying platinum, a positive electrode catalyst (sample E2) made of La 0.6 Ca 0.4 CoO 3 was used for lithium. An air secondary battery (battery E2) was produced.
Specifically, first, calcium nitrate, lanthanum nitrate, and cobalt nitrate were mixed in water at a molar ratio of La: Ca: Co = 3: 2: 5 to prepare a mixed aqueous solution. Next, a solution containing citric acid in the same amount as the total number of moles of La, Ca, and Co was added to the mixed solution and stirred. Thereafter, it was dried by distillation under reduced pressure to obtain a raw material powder. This raw material powder was calcined in the atmosphere at a temperature of 200 ° C. for 2 hours, and further calcined at a temperature of 700 ° C. for 2 hours to obtain a positive electrode catalyst made of La 0.6 Ca 0.4 CoO 3 . This is designated as Sample E2.

次に、上記試料E2を用いてリチウム空気二次電池(電池E2)を作製した。この電池E2は、正極用触媒として上記試料E1の代わりに上記試料E2を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。   Next, the lithium air secondary battery (battery E2) was produced using the sample E2. The battery E2 was produced in the same manner as the battery E1, except that the sample E2 was used instead of the sample E1 as a positive electrode catalyst.

また、本例においては、電池E1と電池E2との比較用として、正極用触媒を含有していないリチウム空気二次電池(電池C1)を作製した。
具体的には、まず、活性炭97.4重量部をエタノール中に分散させて分散液を作製した。この分散液に、ポリテトラフルオロエチレン2.6重量部を混合することにより薄膜状の正極材料を得た。次いで、5mgの活性炭が含まれる量の正極材料をNiからなる金属メッシュに圧着し、真空乾燥させて板状の正極を得た。この正極を用いてリチウム空気二次電池を作製した。これを電池C1とする。
電池C1は、正極用触媒を含有していない正極を用いた点を除いては、上記電池E1と同様にして作製した。
In this example, as a comparison between the battery E1 and the battery E2, a lithium air secondary battery (battery C1) containing no positive electrode catalyst was produced.
Specifically, first, 97.4 parts by weight of activated carbon was dispersed in ethanol to prepare a dispersion. A thin-film positive electrode material was obtained by mixing 2.6 parts by weight of polytetrafluoroethylene with this dispersion. Next, a positive electrode material containing 5 mg of activated carbon was pressure-bonded to a metal mesh made of Ni and vacuum-dried to obtain a plate-shaped positive electrode. A lithium air secondary battery was produced using this positive electrode. This is designated as battery C1.
Battery C1 was produced in the same manner as Battery E1, except that a positive electrode containing no positive electrode catalyst was used.

次に、上記のようにして作製した3種類のリチウム空気二次電池(電池E1、電池E2、及び電池C1)を用いて下記の充放電試験を行い、各電池の充電電圧及び放電電圧を調べた。   Next, the following charge / discharge test was performed using the three types of lithium-air secondary batteries (battery E1, battery E2, and battery C1) produced as described above, and the charge voltage and discharge voltage of each battery were examined. It was.

(充放電試験)
各電池(電池E1、電池E2、及び電池C1)について、その正極のカーボン1g当りに50.5mAの電流を流して放電下限電圧2.0Vまで放電を行った。次いで、正極のカーボン1g当りに20.2mAの電流を流して充電上限電圧4.2Vまで充電を行った。そして、このときの各電池の電圧及び放電容量をそれぞれ測定した。なお、放電容量は、放電電流値(mA)を測定し、この放電電流値に放電に要した時間(hr)を乗じて得られた値を、電池内のカーボンの重量(g)で除することにより算出した。放電容量と同様に、充電容量は、充電電流値(mA)を測定し、この充電電流値に充電に要した時間(hr)を乗じて得られた値を、電池内のカーボンの重量(g)で除することにより算出した。その結果を図4、図5に示す。図4には、放電時における各電池の放電容量と電池電圧との関係を示す。また、図5には、充電時における各電池の充電容量と電池電圧との関係を示す。また、表1に、各電池について、放電時及び充電時における平均電圧をそれぞれ示す。
(Charge / discharge test)
Each battery (battery E1, battery E2, and battery C1) was discharged to a discharge lower limit voltage of 2.0 V by flowing a current of 50.5 mA per gram of carbon of the positive electrode. Next, the battery was charged to a charge upper limit voltage of 4.2 V by flowing a current of 20.2 mA per gram of carbon of the positive electrode. And the voltage and discharge capacity of each battery at this time were measured, respectively. The discharge capacity is obtained by measuring the discharge current value (mA) and multiplying the discharge current value by the time (hr) required for discharge, and dividing the value by the weight (g) of carbon in the battery. Was calculated. Similarly to the discharge capacity, the charge capacity is obtained by measuring the charge current value (mA) and multiplying the charge current value by the time (hr) required for charging, and obtaining the value obtained by weight of the carbon in the battery (g ). The results are shown in FIGS. FIG. 4 shows the relationship between the discharge capacity and battery voltage of each battery during discharge. FIG. 5 shows the relationship between the charging capacity of each battery and the battery voltage during charging. Table 1 shows the average voltage during discharging and charging for each battery.

Figure 2008112724
Figure 2008112724

図4及び表1より知られるごとく、正極用触媒(試料E1及び試料E2)を含有する電池E1及び電池E2は、正極用触媒を含有していない電池C1に比べてより高い電圧で放電を行うことができた。これは、電池E1及び電池E2においては、正極用触媒によって過電圧分が減少したためであると考えられる。   As is known from FIG. 4 and Table 1, the battery E1 and the battery E2 containing the positive electrode catalyst (sample E1 and sample E2) discharge at a higher voltage than the battery C1 not containing the positive electrode catalyst. I was able to. This is presumably because the overvoltage component was reduced by the positive electrode catalyst in the battery E1 and the battery E2.

また、図5及び表1より知られるごとく、正極用触媒(試料E1及び試料E2)を含有する電池E1及び電池E2は、3.5〜3.7Vという低い電圧で、かつ比較的一定の電圧で充電を行うことができた。一方、正極用触媒を含有していない電池C1は、充電を開始してから電池電圧が急激に上昇し、短時間で充電上限電圧の4.2Vにまで達していた。また、電池C1においては、充放電容量が50mAh/g以下という非常に小さかったが、電池E1及び電池E3においては、試料C1比べて充放電容量が向上していた。   5 and Table 1, the battery E1 and the battery E2 containing the positive electrode catalyst (sample E1 and sample E2) have a voltage as low as 3.5 to 3.7 V and a relatively constant voltage. I was able to charge with. On the other hand, in the battery C1 not containing the positive electrode catalyst, the battery voltage suddenly increased after starting charging, and reached the charging upper limit voltage of 4.2 V in a short time. In addition, in the battery C1, the charge / discharge capacity was very small of 50 mAh / g or less, but in the battery E1 and the battery E3, the charge / discharge capacity was improved as compared with the sample C1.

以上のように、本例によれば、正極用触媒を正極に用いることにより、リチウム空気二次電池の充電を低電圧で行うことができると共に、高電圧での放電が可能になることがわかる。   As described above, according to this example, by using the positive electrode catalyst for the positive electrode, it is possible to charge the lithium-air secondary battery at a low voltage and to discharge at a high voltage. .

(実施例2)
実施例1においては、酸素透過膜を用いたリチウム空気二次電池を作製したが、本例においては、酸素透過膜を用いずに、正極に種々の正極用触媒をそれぞれ含有する複数のリチウム空気二次電池を作製し、その特性の評価を行う。
(Example 2)
In Example 1, a lithium-air secondary battery using an oxygen permeable membrane was produced. In this example, a plurality of lithium air batteries each containing various positive electrode catalysts without using an oxygen permeable membrane were used. A secondary battery is manufactured and its characteristics are evaluated.

図6に示すごとく、本例のリチウム空気二次電池7は、電解液として非水電解液を有すると共に、酸素を酸化還元する正極71と金属Liよりなる負極72とを有する。正極71は、実施例1と同様に、正極用触媒と炭素材料と有機バインダーとを含有する正極材料を集電体に圧着してなる。   As shown in FIG. 6, the lithium-air secondary battery 7 of this example includes a nonaqueous electrolytic solution as an electrolytic solution, a positive electrode 71 that oxidizes and reduces oxygen, and a negative electrode 72 that is made of metal Li. Similarly to Example 1, the positive electrode 71 is formed by pressure-bonding a positive electrode material containing a positive electrode catalyst, a carbon material, and an organic binder to a current collector.

図6に示すごとく、リチウム空気二次電池7において、正極71、負極72、及び電解液は電池ケース74内に配置されている。正極71と負極72との間には、これらを分離するセパレータ73が配置され、非水電解液は多孔質のセパレータ73に含浸されている。また、正極71は、セパレータ73と反対側に空気との接触部715を有している。
また、図1及び図2に示すごとく電池ケース74は、本体部741と蓋部742と絶縁部743とからなり、蓋部742には電池内に空気を導入するための貫通孔745が設けられている。この貫通孔745からリチウム空気二次電池7内に酸素が進入し、正極71に供給される。また、電池ケース74の本体部741と蓋部742とは、絶縁材料よりなる絶縁部743を介して、かしめ加工や溶着等により接合される。このように、本例のリチウム空気二次電池7は、酸素透過膜を有していない点を除いては、実施例1のリチウム空気二次電池と同様の構造を有している。
As shown in FIG. 6, in the lithium air secondary battery 7, the positive electrode 71, the negative electrode 72, and the electrolytic solution are arranged in a battery case 74. Between the positive electrode 71 and the negative electrode 72, the separator 73 which isolate | separates these is arrange | positioned, and the non-aqueous electrolyte is impregnated with the porous separator 73. FIG. The positive electrode 71 has a contact portion 715 with air on the side opposite to the separator 73.
As shown in FIGS. 1 and 2, the battery case 74 includes a main body portion 741, a lid portion 742, and an insulating portion 743. The lid portion 742 is provided with a through hole 745 for introducing air into the battery. ing. Oxygen enters the lithium air secondary battery 7 from the through hole 745 and is supplied to the positive electrode 71. Further, the main body portion 741 and the lid portion 742 of the battery case 74 are joined together by caulking, welding, or the like via an insulating portion 743 made of an insulating material. Thus, the lithium air secondary battery 7 of this example has the same structure as the lithium air secondary battery of Example 1 except that it does not have an oxygen permeable membrane.

次に、本例のリチウム空気二次電池の製造方法につき説明する。
まず、実施例1と同様に、CeO2−ZrO2固溶体に白金触媒を担持してなる正極用触媒(試料E1)を作製した。
次に、実施例1と同様に、14.6重量部の正極用触媒(試料E1)と、83重量部の活性炭とをエタノール中で混合して混合液を作製し、この混合液にポリテトラフルオロエチレン2.4重量部を混合することにより薄膜状の正極材料を得た。次いで、5mgの活性炭が含まれる量の正極材料をNiからなる金属メッシュ(集電体)に圧着し、真空乾燥させて板状の正極71を得た(図6参照)。
Next, the manufacturing method of the lithium air secondary battery of this example will be described.
First, in the same manner as in Example 1, a positive electrode catalyst (sample E1) was prepared by supporting a platinum catalyst on a CeO 2 —ZrO 2 solid solution.
Next, as in Example 1, 14.6 parts by weight of the positive electrode catalyst (sample E1) and 83 parts by weight of activated carbon were mixed in ethanol to prepare a mixed solution. A thin film cathode material was obtained by mixing 2.4 parts by weight of fluoroethylene. Next, a positive electrode material containing 5 mg of activated carbon was pressure-bonded to a metal mesh (current collector) made of Ni and vacuum-dried to obtain a plate-like positive electrode 71 (see FIG. 6).

また、実施例1と同様にして、板状のLi金属からなる負極、及びEC30重量部とDEC70重量部との混合溶媒に電解質(LiPF6)を1M溶解してなる非水電解液を作製した。
さらに実施例1と同様にして、正極71と負極72とを、予め非水電解液を含浸させた多孔性のポリエチレンシートからなるセパレータ73により隔てる形で電池ケース6の本体部61内に配置した(図6参照)。次いで、電池ケース74の本体部741の開口部分に、複数の貫通孔745が形成された蓋部742を配置し、蓋部742と本体部741とを接合させた。このようにして、図6に示すようなリチウム空気二次電池1を作製した。これを電池E3とする。
電池E3は、酸素透過膜を有していない点を除いては実施例1の上記電池E1と同様の電池である。
なお、本例においては明確に示していないが、実施例1と同様に、正極71及び負極72からは、電池ケース74外に電気的に導通する端子部(図示略)が設けられており、これらの端子部から電池の充電及び放電を行うことができる。
Further, in the same manner as in Example 1, a nonaqueous electrolytic solution in which 1M of an electrolyte (LiPF 6 ) was dissolved in a mixed solvent of 30 parts by weight of EC and 70 parts by weight of DEC was prepared. .
Further, in the same manner as in Example 1, the positive electrode 71 and the negative electrode 72 were arranged in the main body 61 of the battery case 6 in a form separated by a separator 73 made of a porous polyethylene sheet previously impregnated with a nonaqueous electrolytic solution. (See FIG. 6). Next, a lid 742 having a plurality of through holes 745 formed therein was disposed in the opening of the main body 741 of the battery case 74, and the lid 742 and the main body 741 were joined. Thus, the lithium air secondary battery 1 as shown in FIG. 6 was produced. This is designated as battery E3.
The battery E3 is the same battery as the battery E1 of Example 1 except that it does not have an oxygen permeable membrane.
Although not clearly shown in this example, as in Example 1, a terminal portion (not shown) that is electrically connected to the outside of the battery case 74 is provided from the positive electrode 71 and the negative electrode 72. The battery can be charged and discharged from these terminal portions.

また、本例においては、上記電池E3で用いた正極用触媒(試料E3)とは異なる正極用触媒を用いてさらに5種類のリチウム空気二次電池(電池E4〜電池E8)を作製した。
電池E4は、La0.6Ca0.4CoO3からなる正極用触媒(実施例1の上記試料E2)を正極に含有するリチウム空気二次電池である。
Further, in this example, five types of lithium air secondary batteries (battery E4 to battery E8) were produced using a positive electrode catalyst different from the positive electrode catalyst (sample E3) used in the battery E3.
The battery E4 is a lithium-air secondary battery containing a positive electrode catalyst (sample E2 in Example 1) made of La 0.6 Ca 0.4 CoO 3 in the positive electrode.

電池E4の作製にあたっては、まず、実施例1と同様に、La0.6Ca0.4CoO3からなる正極用触媒(試料E2)を作製した。
次に、この正極用触媒(試料E2)を用いて、空気リチウム二次電池(電池E4)を作製した。電池E4は、正極用触媒として上記試料E4を用いた点を除いては、上記電池E3と同様にして作製した。
したがって、電池E4は、正極用触媒としてLa0.6Ca0.4CoO3を含有する点を除いては上記電池E3と同様のリチウム空気二次電池であり、酸素透過膜を有していない点を除いては、実施例1の上記電池E2と同様のリチウム空気二次電池である。
In producing the battery E4, first, in the same manner as in Example 1, a positive electrode catalyst (sample E2) made of La 0.6 Ca 0.4 CoO 3 was produced.
Next, an air lithium secondary battery (battery E4) was produced using this positive electrode catalyst (sample E2). A battery E4 was produced in the same manner as the battery E3 except that the sample E4 was used as a positive electrode catalyst.
Therefore, the battery E4 is a lithium-air secondary battery similar to the battery E3 except that it contains La 0.6 Ca 0.4 CoO 3 as a positive electrode catalyst, except that it does not have an oxygen permeable membrane. These are the lithium air secondary batteries similar to the battery E2 of Example 1.

また、電池E5は、CeO2とAl23との複合材料からなる正極用触媒(試料E3)を正極に含有するリチウム空気二次電池である。
電池E5の作製にあたっては、まず、CeO2とAl23との複合材料からなる正極用触媒(試料E3)を作製した。
Battery E5 is a lithium-air secondary battery containing a positive electrode catalyst (sample E3) made of a composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 in the positive electrode.
In producing the battery E5, first, a positive electrode catalyst (sample E3) made of a composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 was produced.

具体的には、まず、硝酸セリウムと硝酸アルミニウムとを水中に混合し、混合水溶液を作製した。このとき、硝酸セリウムと硝酸アルミニウムとは、目的物であるCeO2とAl23とが重量比で89:11で生成するような混合比で混合した。次いで、混合水溶液をビーカ内で撹拌しながら、混合水溶液にアンモニア水を滴下して中和し、沈殿物(水酸化セリウム、水酸化アルミニウム)を生成させた。得られた沈殿物を2気圧の加圧下で、温度120℃で2時間加熱することにより、熟成処理を行った。次いで、大気中で温度400℃で5時間加熱することにより、CeO2とAl23とを生成させると共に、共存する硝酸アンモニウムを蒸発及び分解させた。ここで生成するCeO2及びAl23は、アモルファス状であるため、これを結晶粒子にするために、さらに大気中で温度550℃で5時間焼成することにより、CeO2とAl23との複合材料粉末からなる正極用触媒を得た。これを試料E3とする。
次に、この正極用触媒(試料E3)を用いて、空気リチウム二次電池(電池E5)を作製した。電池E5は、正極用触媒として上記試料E3を用いた点を除いては、上記電池E3と同様にして作製した。
Specifically, first, cerium nitrate and aluminum nitrate were mixed in water to prepare a mixed aqueous solution. At this time, cerium nitrate and aluminum nitrate were mixed at a mixing ratio such that the target product, CeO 2 and Al 2 O 3 , was produced at a weight ratio of 89:11. Next, while stirring the mixed aqueous solution in a beaker, ammonia water was added dropwise to the mixed aqueous solution to neutralize it, thereby generating precipitates (cerium hydroxide, aluminum hydroxide). The resulting precipitate was aged by heating at 120 ° C. for 2 hours under a pressure of 2 atm. Next, by heating in the atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 5 hours, CeO 2 and Al 2 O 3 were generated, and the coexisting ammonium nitrate was evaporated and decomposed. CeO 2 and Al 2 O 3 is generated here are the amorphous, in order to do this crystal grains by further calcined 5 hours at a temperature 550 ° C. in air, CeO 2 and Al 2 O 3 The catalyst for positive electrodes which consists of a composite material powder was obtained. This is designated as Sample E3.
Next, an air lithium secondary battery (battery E5) was produced using this positive electrode catalyst (sample E3). A battery E5 was produced in the same manner as the battery E3 except that the sample E3 was used as a positive electrode catalyst.

また、電池E6は、上記電池E5の上記試料E3と同様に、CeO2とAl23との複合材料からなる正極用触媒(試料E4)を正極に含有するリチウム空気二次電池である。試料E4は、上記試料E3よりも高い温度で焼成して得られる複合材料からなり、試料E3よりも若干表面積が小さなCeO2とAl23との複合材料からなる。 Similarly to the sample E3 of the battery E5, the battery E6 is a lithium-air secondary battery containing a positive electrode catalyst (sample E4) made of a composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 in the positive electrode. The sample E4 is made of a composite material obtained by firing at a higher temperature than the sample E3, and is made of a composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 having a slightly smaller surface area than the sample E3.

試料E4の作製にあたっては、まず、上記試料E3と同様にして、硝酸セリウムと硝酸アルミニウムとを水中に混合し、混合水溶液を作製し、混合水溶液にアンモニア水を滴下して中和し、沈殿物(水酸化セリウム、水酸化アルミニウム)を生成させた。さらに上記試料E3と同様にして、沈殿物の熟成処理を行い、大気中で温度400℃で5時間加熱することにより、CeO2とAl23とを生成させた。次いで、これをさらに大気中で温度750℃で5時間焼成することにより、CeO2とAl23との複合材料粉末からなる正極用触媒を得た。これを試料E4とする。即ち、試料E4は、焼成温度を変更した点を除いては、上記試料E3と同様にして作製した正極用触媒である。
次に、この正極用触媒(試料E4)を用いて、空気リチウム二次電池(電池E6)を作製した。電池E6は、正極用触媒として上記試料E4を用いた点を除いては、上記電池E3と同様にして作製した。
In preparing the sample E4, first, in the same manner as in the sample E3, cerium nitrate and aluminum nitrate are mixed in water to prepare a mixed aqueous solution, and ammonia water is dropped into the mixed aqueous solution to neutralize the precipitate. (Cerium hydroxide, aluminum hydroxide) was produced. Further, in the same manner as the sample E3, the precipitate was aged and heated in the atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 5 hours to generate CeO 2 and Al 2 O 3 . Next, this was further calcined in the atmosphere at a temperature of 750 ° C. for 5 hours to obtain a positive electrode catalyst comprising a composite material powder of CeO 2 and Al 2 O 3 . This is designated as Sample E4. That is, sample E4 is a positive electrode catalyst produced in the same manner as sample E3 except that the firing temperature was changed.
Next, an air lithium secondary battery (battery E6) was produced using this positive electrode catalyst (sample E4). The battery E6 was produced in the same manner as the battery E3 except that the sample E4 was used as the positive electrode catalyst.

また、電池E7は、CeO2とAl23との複合材料(上記試料E3)に白金を担持させてなる正極用触媒(試料E5)を正極に含有するリチウム空気二次電池である。
試料E5の作製にあたっては、まず、上記試料E3と同様のCeO2とAl23との複合材料粉末を作製した。
次に、ジニトロジアンミン白金硝酸を、これに含まれる白金量が5gとなる量で、水150mlに溶解して水溶液を作製した。この水溶液中に、複合材料粉末95gを添加して混合した後、温度500℃で3時間加熱することにより、CeO2とAl23との複合材料粉末に白金が5wt%担持された正極用触媒を得た。これを試料E5とする。即ち、試料E5は、試料E3と同様の複合材料に白金を担持させてなる正極用触媒である。
次に、この正極用触媒(試料E5)を用いて、空気リチウム二次電池(電池E7)を作製した。電池E7は、正極用触媒として上記試料E5を用いた点を除いては、上記電池E3と同様にして作製した。
The battery E7 is a lithium air secondary battery in which a positive electrode catalyst (sample E5) in which platinum is supported on a composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 (sample E3) is contained in the positive electrode.
In preparing the sample E5, first, a composite material powder of CeO 2 and Al 2 O 3 similar to that of the sample E3 was prepared.
Next, dinitrodiammine platinum nitrate was dissolved in 150 ml of water in such an amount that the amount of platinum contained therein was 5 g to prepare an aqueous solution. In this aqueous solution, 95 g of the composite material powder was added and mixed, and then heated at a temperature of 500 ° C. for 3 hours, whereby 5 wt% platinum was supported on the composite material powder of CeO 2 and Al 2 O 3 . A catalyst was obtained. This is designated as Sample E5. That is, the sample E5 is a positive electrode catalyst in which platinum is supported on the same composite material as the sample E3.
Next, an air lithium secondary battery (battery E7) was produced using this positive electrode catalyst (sample E5). A battery E7 was produced in the same manner as the battery E3 except that the sample E5 was used as a positive electrode catalyst.

また、電池E8は、MnO2からなる正極用触媒を正極に含有するリチウム空気二次電池である。
電池E8の作製にあたっては、まず、MnO2からなる正極用触媒(試料E6)を準備した。MnO2としては市販のものを用いた。
次いで、この正極用触媒(試料E6)を用いて、空気リチウム二次電池(電池E8)を作製した。電池E8は、正極用触媒として上記試料E6を用いた点を除いては、上記電池E3と同様にして作製した。
The battery E8 is a lithium air secondary battery containing a positive electrode catalyst made of MnO 2 in the positive electrode.
In preparing the battery E8, first, a positive electrode catalyst (sample E6) made of MnO 2 was prepared. A commercially available product was used as MnO 2 .
Next, an air lithium secondary battery (battery E8) was produced using this positive electrode catalyst (sample E6). A battery E8 was produced in the same manner as the battery E3 except that the sample E6 was used as a positive electrode catalyst.

また、本例においては、上記電池E3〜電池E8の比較用として、正極用触媒を含有していないリチウム空気二次電池(電池C2)を作製した。
具体的には、まず、実施例1の電池C1の場合と同様に、活性炭97.4重量部をエタノール中に分散させて分散液を作製し、この分散液に、ポリテトラフルオロエチレン2.6重量部を混合することにより薄膜状の正極材料を得た。次いで、5mgの活性炭が含まれる量の正極材料をNiからなる金属メッシュに圧着し、真空乾燥させて板状の正極を得た。この正極を用いて、その他は上記電池E3と同様にしてリチウム空気二次電池を作製した。これを電池C2とする。
電池C2は、正極に正極用触媒を含有していない点を除いては上記電池E3と同様のリチウム空気二次電池であり、酸素透過膜を有していない点を除いては実施例1の上記電池C1と同様のリチウム空気二次電池である。
Moreover, in this example, the lithium air secondary battery (battery C2) which does not contain the catalyst for positive electrodes was produced for the comparison of the said battery E3-battery E8.
Specifically, first, as in the case of the battery C1 of Example 1, 97.4 parts by weight of activated carbon was dispersed in ethanol to prepare a dispersion, and polytetrafluoroethylene 2.6 was added to the dispersion. A thin film positive electrode material was obtained by mixing parts by weight. Next, a positive electrode material containing 5 mg of activated carbon was pressure-bonded to a metal mesh made of Ni and vacuum-dried to obtain a plate-shaped positive electrode. Using this positive electrode, a lithium-air secondary battery was fabricated in the same manner as the battery E3. This is referred to as a battery C2.
The battery C2 is a lithium-air secondary battery similar to the battery E3 except that the positive electrode does not contain a positive electrode catalyst, and the battery C2 is the same as that of Example 1 except that it does not have an oxygen permeable membrane. It is a lithium air secondary battery similar to the battery C1.

次に、上記のようにして作製した7種類のリチウム空気二次電池(電池E3〜電池E8、及び電池C2)を用いて、室温条件下(温度30℃又は温度25℃)で実施例1と同様の充放電試験を行い、各電池の充電電圧及び放電電圧を調べた。
温度30℃条件下で充放電試験を行った結果を表2に示す。また、このときの放電時における各電池の放電電圧と電池電圧との関係を図7に示す。また、充電時における各電池の充電電圧と電池電圧との関係を図8に示す。
また、温度25℃の条件下で充放電試験を行った結果を表3に示す。
Next, using the seven types of lithium-air secondary batteries (battery E3 to battery E8 and battery C2) produced as described above, Example 1 was performed under room temperature conditions (temperature 30 ° C. or temperature 25 ° C.). A similar charge / discharge test was conducted to examine the charge voltage and discharge voltage of each battery.
Table 2 shows the results of the charge / discharge test conducted at a temperature of 30 ° C. Moreover, the relationship between the discharge voltage of each battery at the time of the discharge at this time and a battery voltage is shown in FIG. Moreover, the relationship between the charging voltage of each battery at the time of charge and a battery voltage is shown in FIG.
Table 3 shows the results of a charge / discharge test conducted at a temperature of 25 ° C.

Figure 2008112724
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Figure 2008112724
Figure 2008112724

図7及び表2より知られるごとく、温度30℃の条件下で充放電試験を行った場合において、正極用触媒(試料E1〜試料E6)を含有する電池E3〜電池E8は、正極用触媒を含有していない電池C2に比べてより高い電圧で放電を行うことができた。これは、電池E3〜電池E8においては、実施例1と同様に、正極用触媒によって過電圧分が減少したためであると考えられる。   As is known from FIG. 7 and Table 2, when the charge / discharge test was performed under the condition of a temperature of 30 ° C., the batteries E3 to E8 containing the positive electrode catalysts (samples E1 to E6) were the positive electrode catalysts. It was possible to discharge at a higher voltage compared to the battery C2 not containing. This is presumably because, in the batteries E3 to E8, as in Example 1, the overvoltage component was reduced by the positive electrode catalyst.

また、図8及び表2より知られるごとく、正極用触媒(試料E1〜試料E6)を含有する電池E3〜電池E8は、3.5〜3.8Vという低い電圧で、かつ比較的一定の電圧で充電を行うことができた。一方、正極用触媒を含有していない電池C2は、充電を開始してから電池電圧が急激に上昇し、短時間で充電上限電圧の4.2Vにまで達し、さらには4.5Vを越えるまでに到った。また、電池C2においては、充放電容量は50mAh/g以下という非常に小さな値を示したが、電池E3〜電池E8においては、試料C1比べて充放電容量が向上していた。   Further, as is known from FIG. 8 and Table 2, the batteries E3 to E8 containing the positive electrode catalysts (samples E1 to E6) have a low voltage of 3.5 to 3.8 V and a relatively constant voltage. I was able to charge with. On the other hand, in the battery C2 that does not contain the positive electrode catalyst, the battery voltage suddenly rises after the start of charging, reaches the charging upper limit voltage of 4.2V in a short time, and further exceeds 4.5V. It reached. Further, in the battery C2, the charge / discharge capacity showed a very small value of 50 mAh / g or less, but in the batteries E3 to E8, the charge / discharge capacity was improved as compared with the sample C1.

また、温度25℃の条件下で充放電試験を行った場合においてもほぼ同様の結果が得られた。
即ち、表3より知られるごとく、電池E3〜電池E8は、電池C2に比べてより高い電圧で放電を行うことができた。
また、電池E3〜電池E8は、温度25℃の条件下でも4〜4.3Vという比較的低い電圧で、かつ比較的一定の電圧で充電を行うことができた。一方、電池C2は、充電を開始してから電池電圧が急激に上昇した。そして、電池電圧は、短時間で放電上限電圧の4.2Vにまで達し、さらには4.5Vを越えるまでに到った。
Moreover, when the charge / discharge test was conducted under the condition of a temperature of 25 ° C., almost the same result was obtained.
That is, as is known from Table 3, the batteries E3 to E8 were able to discharge at a higher voltage than the battery C2.
Further, the batteries E3 to E8 could be charged with a relatively low voltage of 4 to 4.3 V and a relatively constant voltage even under the condition of a temperature of 25 ° C. On the other hand, the battery voltage of battery C2 suddenly increased after charging was started. The battery voltage reached the discharge upper limit voltage of 4.2 V in a short time, and further exceeded 4.5 V.

このように、本例のリチウム空気二次電池(電池E3〜電池E8)においては、室温で3.5V〜4.3Vという非水電解液の分解電位(約4.5V)よりも低い電圧で充電を行うことができる。そのため、非水電解液を用いたリチウム空気二次電池において、安定に充電を行うことができる。また、本例のリチウム空気二次電池(電池E3〜田地E8)は、比較的高い電圧で放電を行うことができる。   As described above, in the lithium air secondary battery (battery E3 to battery E8) of this example, a voltage lower than the decomposition potential (about 4.5V) of the nonaqueous electrolytic solution of 3.5V to 4.3V at room temperature. Charging can be performed. Therefore, in a lithium air secondary battery using a non-aqueous electrolyte, charging can be performed stably. Moreover, the lithium air secondary battery (battery E3-Taji E8) of this example can discharge with a comparatively high voltage.

実施例1にかかる、リチウム空気二次電池の全体を示す斜視図。1 is a perspective view showing an entire lithium air secondary battery according to Example 1. FIG. 実施例1にかかる、リチウム空気二次電池の断面図。1 is a cross-sectional view of a lithium air secondary battery according to Example 1. FIG. 実施例1にかかる、リチウム空気二次電池の正極の断面図。1 is a cross-sectional view of a positive electrode of a lithium air secondary battery according to Example 1. FIG. 実施例1にかかる、放電時における3種類のリチウム空気二次電池(電池E1、電池E2及び電池C1)の放電容量と電池電圧との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the discharge capacity of 3 types of lithium air secondary batteries (battery E1, battery E2, and battery C1) at the time of discharge and battery voltage concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、充電時における3種類のリチウム空気二次電池(電池E1、電池E2及び電池C1)の充電容量と電池電圧との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the charge capacity of three types of lithium air secondary batteries (battery E1, battery E2, and battery C1) at the time of charge and battery voltage concerning Example 1. FIG. 実施例2にかかる、リチウム空気二次電池の断面図。Sectional drawing of the lithium air secondary battery concerning Example 2. FIG. 実施例2にかかる、放電時における7種類のリチウム空気二次電池(電池E3〜電池E8及び電池C2)の放電容量と電池電圧との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the discharge capacity of 7 types of lithium air secondary batteries (battery E3-battery E8, and battery C2) at the time of discharge and battery voltage concerning Example 2. FIG. 実施例2にかかる、充電時における7種類のリチウム空気二次電池(電池E3〜電池E8及び電池C2)の充電容量と電池電圧との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the charging capacity of 7 types of lithium air secondary batteries (battery E3-battery E8, and battery C2) at the time of charge and battery voltage concerning Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウム空気二次電池
2 正極
21 集電体
22 炭素材料
23 正極用触媒
3 負極
4 セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium air secondary battery 2 Positive electrode 21 Current collector 22 Carbon material 23 Cathode catalyst
3 Negative electrode 4 Separator

Claims (14)

電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池の正極に用いられる正極用触媒であって、
該正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有し、
該金属酸化物としては、少なくともCeO2を含有することを特徴とする正極用触媒。
A positive electrode catalyst used for a positive electrode of a lithium-air secondary battery having a non-aqueous electrolyte as an electrolyte and a negative electrode made of metal Li,
The positive electrode catalyst contains a metal oxide having an oxygen absorption / release capability,
The positive electrode catalyst characterized by containing at least CeO 2 as the metal oxide.
請求項1において、上記正極用触媒は、CeO2の固溶体を含有することを特徴とする正極用触媒。 In claim 1, the catalyst for the positive electrode, the catalyst for the positive electrode, characterized in that it contains a CeO 2 solid solution. 請求項2において、上記正極用触媒は、CeO2とZrO2との固溶体を含有することを特徴とする正極用触媒。 3. The positive electrode catalyst according to claim 2, wherein the positive electrode catalyst contains a solid solution of CeO 2 and ZrO 2 . 請求項1において、上記正極用触媒は、CeO2とAl23との複合材料を含有することを特徴とする正極用触媒。 The positive electrode catalyst according to claim 1, wherein the positive electrode catalyst contains a composite material of CeO 2 and Al 2 O 3 . 請求項4において、上記複合材料は、セリウム塩とアルミニウム塩とを水に溶解してなる水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウム及び水酸化アルミニウムを含有する沈殿物を生じさせ、該沈殿物を焼成してなることを特徴とする正極用触媒。   5. The composite material according to claim 4, wherein an alkali is added to an aqueous solution obtained by dissolving a cerium salt and an aluminum salt in water to form a precipitate containing cerium hydroxide and aluminum hydroxide, and the precipitate is fired. The catalyst for positive electrodes characterized by these. 電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池の正極に用いられる正極用触媒であって、
該正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有し、
該金属酸化物としては、少なくともMnO2を含有することを特徴とする正極用触媒。
A positive electrode catalyst used for a positive electrode of a lithium-air secondary battery having a non-aqueous electrolyte as an electrolyte and a negative electrode made of metal Li,
The positive electrode catalyst contains a metal oxide having an oxygen absorption / release capability,
A positive electrode catalyst comprising at least MnO 2 as the metal oxide.
電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池の正極に用いられる正極用触媒であって、
該正極用触媒は、酸素の吸放出能を有する金属酸化物を含有し、
該金属酸化物としては、ABO3で表されるペロブスカイト型複合酸化物を含有し、該ペロブスカイト型複合酸化物は、Aサイト元素としてLa、Sr、及びCaから選ばれる少なくとも2種を含有し、Bサイト元素としてMn、Fe、Cr、及びCoから選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする正極用触媒。
A positive electrode catalyst used for a positive electrode of a lithium-air secondary battery having a non-aqueous electrolyte as an electrolyte and a negative electrode made of metal Li,
The positive electrode catalyst contains a metal oxide having an oxygen absorption / release capability,
The metal oxide contains a perovskite complex oxide represented by ABO 3 , and the perovskite complex oxide contains at least two selected from La, Sr, and Ca as an A site element, A positive electrode catalyst comprising at least one selected from Mn, Fe, Cr, and Co as a B site element.
請求項1〜7のいずれか一項において、上記金属酸化物には、貴金属が担持されていることを特徴とする正極用触媒。   8. The positive electrode catalyst according to claim 1, wherein a noble metal is supported on the metal oxide. 請求項1〜8のいずれか一項において、上記正極用触媒は、平均電圧3.5V〜4.3Vで充電する上記リチウム空気二次電池に用いられることを特徴とする正極用触媒。   9. The positive electrode catalyst according to claim 1, wherein the positive electrode catalyst is used for the lithium-air secondary battery that is charged at an average voltage of 3.5 V to 4.3 V. 10. 電解液として非水電解液を有すると共に、金属Liよりなる負極を有するリチウム空気二次電池において、
該リチウム空気二次電池は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の正極用触媒を正極に含有することを特徴とするリチウム空気二次電池。
In a lithium air secondary battery having a non-aqueous electrolyte as an electrolyte and a negative electrode made of metal Li,
The lithium air secondary battery comprises the positive electrode catalyst according to any one of claims 1 to 9 in a positive electrode.
請求項10において、上記正極は、上記正極用触媒と炭素材料と有機バインダーとを含有する正極材料を集電体に圧着してなることを特徴とするリチウム空気二次電池。   11. The lithium air secondary battery according to claim 10, wherein the positive electrode is formed by pressure-bonding a positive electrode material containing the positive electrode catalyst, a carbon material, and an organic binder to a current collector. 請求項11において、上記正極用触媒は、上記正極において、上記正極用触媒と上記炭素材料と上記有機バインダーとの合計量中の0.01〜50質量%を占めることを特徴とするリチウム空気二次電池。   In Claim 11, the said catalyst for positive electrodes occupies 0.01-50 mass% in the total amount of the said catalyst for positive electrodes, the said carbon material, and the said organic binder in the said positive electrode. Next battery. 請求項10〜12のいずれか一項において、上記リチウム空気二次電池は、上記正極と上記負極との間に、これらを分離するセパレータと上記非水電解液とを有し、上記正極は、上記セパレータと反対側に空気との接触部を有していることを特徴とするリチウム空気二次電池。   In any one of Claims 10-12, the said lithium air secondary battery has the separator which isolate | separates these between the said positive electrode and the said negative electrode, and the said non-aqueous electrolyte, The said positive electrode is A lithium-air secondary battery having a contact portion with air on the side opposite to the separator. 請求項13において、上記正極用触媒中に含まれる上記金属酸化物は、上記接触部において酸化還元反応により酸素の吸収及び放出を行うことを特徴とするリチウム空気二次電池。   14. The lithium air secondary battery according to claim 13, wherein the metal oxide contained in the positive electrode catalyst absorbs and releases oxygen by an oxidation-reduction reaction at the contact portion.
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